传感器组件 |
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| 申请号 | CN201580066212.2 | 申请日 | 2015-11-24 | 公开(公告)号 | CN107003158A | 公开(公告)日 | 2017-08-01 |
| 申请人 | 格兰富控股联合股份公司; | 发明人 | 凯尔·温特·雅各布松; 约翰·B·雅各布松; M·豪加德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 传感器 组件，其具有传感器，该传感器设置在壳体中，该壳体由至少两个合成材料注塑部件(2，3)构成。密封地穿过壳体(1)的电导体通过O形环被密封，该O形环一方面贴靠在导体的凹槽中，另一方面贴靠在形成壳体穿过的凹口中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有至少一个传感器(7)的传感器组件，包括由至少一个合成材料注塑部件(2， |
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| 说明书全文 | 传感器组件技术领域背景技术[0002] 这样的传感器组件存在于现有技术中，并且具有一个或多个传感器，这些传感器设置在壳体中，该壳体由至少一个合成材料注塑部件组成。在此，传感器或者直接与至少一个导体连接，或者通过位于壳体中的传感电子器件与至少一个导体连接，该导体密封地穿过壳体。 [0003] 这种导线穿过被视为现有技术，并且根据实施方式有着不同的耗费，但是也被不同地密封。在电气设备具有较大壳体的情况下，密封的线缆穿过被视为现有技术，但是这样的线缆穿过是可松脱的，这样的密封不适用于通常相对较小的传感器壳体。 [0004] 在传感器壳体中，通常是使导体与一部分壳体一起利用合成材料来注塑包封并由此实现密封连接。但是，这种被合成材料注塑包封的导体的问题在于：在导体和合成材料之间不能形成固定的连接，特别是会由于温度波动而产生间隙，湿气可能会例如通过毛细作用、扩散或者其他的方式穿过该间隙渗入壳体中。这会导致特别是小的传感器壳体出现问题，因为少量的湿气已经足以对壳体中的电子器件或者传感器本身造成伤害。 [0005] 例如在专利文献EP2083250A1提出了一种被视为现有技术的传感器组件，其中，壳体被构造为多层的，并且有至少一个层是由专门的扩散密封性合成材料制成的。公知的还有在壳体内部布放干燥剂，用于束缚住可能渗入的湿气。但是这样的干燥剂(例如被视为现有技术的硅胶或者氯化钙)需要单独的外罩，用于防止直接接触到灵敏的电子元件。 [0006] 该问题在壳体相对较小的传感器组件中被放大了，在此，传感器本身与液体是相关联的，例如在压力传感器或压差传感器或者温度传感器中(EP2626567A1)。在此，导体穿过本身也可能直接暴露于周围的液体中，至少是暴露于湿润的环境中。 发明内容[0007] 在此背景下，本发明的目的在于改进这样的传感器组件，从而一方面能够相对于渗入的液体更好地密封壳体，另一方面能够结构简单、成本低廉地实现壳体中的导体穿过。在本发明的一种扩展方案中，渗入的液体应当被束缚住，以使传感器组件获得尽可能长的使用寿命。 [0008] 根据本发明的目的通过一种具有如权利要求1所述特征的传感器组件来实现。该传感器组件的优选的设计方案在从属权利要求、下面的说明书和附图中示出。在此，在从属权利要求和说明书中示出的特征可以单独地、但是也可以通过合适的组合进一步扩大如权利要求1所述的根据本发明的技术方案。 [0009] 本发明意义下的传感器应被理解为传感器组件的一部分，通过该传感器来检测待测量的量，即，对于实际的电子和/或机械器件，要检测其变化并主动或被动地借助于传感电子器件编辑其信号。这样的传感器例如可以由热电偶、应变仪或其他已知的传感元件构成。 [0010] 根据本发明的传感器组件具有至少一个传感器，该传感器被设置在壳体中或之上，该壳体由合成材料制成并由至少一个合成材料注塑部件构成。至少一个电导体密封地穿过壳体，并与传感器或者可能存在于壳体中的传感电子器件导电连接。根据本发明，壳体和导体之间的密封通过O形环来实现。 [0011] 根据本发明的传感器组件的基本思想在于，不是如同现有技术那样将线缆密封地引入壳体中或者直接利用合成材料注塑包封被引入到壳体中的导体，而是使每个导体均分别借助于O形环相对于壳体被密封，即相对于被穿过的壳体密封，从而通过这种方式与其他包覆无关地在导体和壳体之间建立起可靠的、长期稳定的密封。这样的密封结构简单，制造和装配成本低廉，并且是长期稳定的。这种密封能够可靠地防止位于外罩和导体之间的湿气如现有技术中的情况那样渗入到壳体中。这种导体自身相对于壳体的密封构成了实现长时间密封的导体穿过的基础。 [0012] 根据本发明的一种优选的扩展方案，在壳体中设有凹口，该凹口被设计用于导体的穿过，并且放置在穿过凹口的导体上的O形环贴靠在该凹口中。由此，借助于O形环在两个面之间实现了经典的密封。在此，优选将O形环设置在导体的周向凹槽中，由此，通过在装配之前将O形环推移至导体上并回弹地保持在凹槽内，能够确保所定义的位置并容易地进行装配。 [0013] 特别优选地，凹口具有锥形圆周部分，该部分被取向为，使得该部分从内向外变窄，O形环贴靠在该部分中。该锥形部分使得能够简单地实现导体以及位于其上的O形环的装配，因为该锥形部分能够引导导体以及位于其上的O形环，并将它们带至预期的位置上，O形环在该位置上将周向地密封贴靠在凹口中。 [0014] 优选地，根据本发明的传感器组件的壳体包括至少两个壳体部件，这些壳体部件分别由合成材料注塑部件构成，在此，优选至少一部分传感电子器件存在于壳体内部。这种两件式的设计简化了装配，允许在需要时重新打开壳体以进行维修，并确保了能够基本上独立于其他装配步骤地实现密封的导体穿过。 [0015] 为了即使在湿气渗入传感器壳体中的情况下也不会影响到传感器组件的长期稳定性，在根据本发明的一种扩展方案中，在壳体内部设置至少一个用于吸收和束缚湿气的吸收体，该吸收体具有限定的空间形状并被构造为合成材料注塑部件，即，其被限定地设置在壳体内部并能够如同固体那样被安装。 [0016] 在本发明的意义下，吸收体是指能够持续地束缚住水和/或湿气的物体。因此，根据本发明所使用的吸收体应是：其合成材料能够接收至少0.5质量百分比的水和/或至少0.2质量百分比的湿气，优选多于5质量百分比的水和/或多于2质量百分比的湿气。对液体和/或湿气的吸收能力越高，就越适用于主要是将水或者湿气保持束缚在吸收体中。有多种已知的合成材料适用于此。在此，优选可以使用聚甲醛、聚醚砜、丙烯酸腈-丁二烯-苯乙烯或者聚酰胺。已经证实适用于此的例如有德国巴斯夫(BASF)股份公司的品牌名为A3W的特定合成材料，这是一种聚酰胺。该合成材料能够吸收8至9质量百分比的水(在23℃下)或者2.5至3.1质量百分比的湿气(在23℃并且50％相对空气湿度的情况下)。在此示例性提出的聚甲醛是德国Ticona GmbH的 C9021。在此示例性提出的聚醚砜是德国巴斯夫股份公司的品牌名为 E 2010 G6 SW 15038的合成材料。示例性提出的ABS合成材料是沙特阿拉伯Sabic公司的品牌名为 Resin S702S的合成材料。上述合成材料全部都适用于注塑成型并具有所需要的束缚水或者湿气的特性。 [0017] 本发明意义下的湿气不仅是指水，也可以是其他任何应当被束缚在这种壳体中的液体，例如酒精或汽油，这取决于传感器组件处于什么样的液体环境中。需要指出的是：用于束缚液体的吸收体也应被相应地调整。在壳体中也可以配置用于不同液体的吸收体。 [0018] 特别优选地，这两个壳体部件通过O形环相互密封。这样的O形环是低成本且能够确保高密封性的标准件。当壳体是由多于两个壳体部件构成时，优选所有的壳体部件均分别通过O形环相互密封。 [0019] 当壳体具有至少局部为管状的壳体部件并且一端部连接该壳体部件的盖部时，可以获得一种特别有利的传感器组件。该盖部优选在结合有O形环的情况下与另一壳体部件连接。在此，优选该管状部分在结合有密封件的区域中是圆形的，但这并不是必须的。O形环也可依从于椭圆形或其他的例如在考虑到传感器组件在设备中的安装的情况下可以被预设或者是有利的壳体轮廓。 [0020] 特别优选地，至少一个电导体被引导穿过一壳体部件，优选通过壳体的盖部。优选地，所有的导线穿过仅发生在一个壳体部件中，因为这样做就会使得只有一个壳体部件占用实现导体穿过所必需的制造和装配步骤。 [0021] 根据本发明，导体相对于壳体部件的密封通过O形环来实现。在根据本发明的一种优选的扩展方案中，为了确保实现可靠的电连接，导体或者说每个导体均在其远离壳体的一侧与导线导电连接，在此，导线连接处优选用电绝缘的收缩套管覆盖，并利用合成材料来注塑包封。在此需要指出的是，大多数情况下当设有多个导体时，这些导体分别在完成电连接之后各自被收缩套管覆盖，然后利用合成材料一起被注塑包封。这种电连接优选通过钎焊来实现，但是也可以通过焊接或者通过夹紧连接来实现。在此有利的是，首先使导体以及安装在其上面的O形环设置在盖部中的相应凹口中或者说根据需要设置在另一壳体部件中的相应凹口中，然后建立电连接，安装收缩套管，最后利用合成材料对由此形成的导线连接处注塑包封，从而与盖部或者说相应的壳体部件实现固定的且不可松脱的连接。 [0022] 无论是从装配技术上讲，还是出于稳定性和密封性的原因，以下做法都是有利的：即，盖部被构造为堵头状的并且具有一与管状壳体部件的端面侧搭接的盖部部件，该盖部通过该盖部部件封闭壳体部件并具有一沉设(abgesetzten)的罐状盖部部件，该罐状盖部部件被插入到管状壳体部件中。为了对这两个壳体部件进行密封，在该沉设的盖部部件和管状壳体部件的内侧之间设有O形环。 [0023] 根据本发明的一种优选的扩展方案，管状壳体部件的远离盖部的端部被成型为顶端部，在该顶端部中设置有传感器。即，在这种设置中，在管状壳体部件的一个端部上，传感器被设置在顶端部中，并且在另一端部上是盖部，该盖部具有电导线绝缘套管(elektrischen Leitungsdurchführungen)。 [0025] 为了使吸收体能够最大程度地使用在传感器壳体内形成的空间，根据本发明的一种扩展方案，吸收体要适配壳体的内轮廓，并借助于间隔保持件相对于壳体壁间隔开地设置。该间隔保持件一方面能够防止吸收体贴靠在壳体壁上，从而围绕吸收体形成一定的流通并由此实现湿气的分布。另一方面，间隔保持件的重要之处在于，可以由此在吸收体和壳体壁之间保留一定的自由空间，该自由空间是吸收体所需要的，以便在吸收湿气时能够相应地扩散开。 [0027] 优选地，吸收体具有横截面基本为矩形的中间凹口，该凹口被设计用于收纳电路板。在此，将该凹口设计为，能够使电路板纵向地穿过吸收体，但与吸收体间隔开。 [0028] 为了确保在壳体的管状部分和吸收体之间具有明确的位置关联，优选在这些零件之间设置明确地确定其相互布局的形状配合件。进一步地或者替代地，在壳体盖部和吸收体之间设置明确地确定其相互布局的形状配合件。这样的设计方案使得零件能够在所期望的预定位置上仅彼此进行一种装配，由此可以可靠地消除错误的装配。 [0029] 吸收体也可以优选在一侧限定管状壳体部件和盖部之间的、用于收纳O形环的空间，从而关于壳体部件在实践中不再需要专门的用于收纳O形环的设计方案，例如特别是在下面将要具体说明的设计方案所描述的那样。 [0030] 为了使吸收体和电路板彼此连接，优选在吸收体的中间凹口中设置突出的弹簧舌片，该弹簧舌片接合在凹口中或者电路板的突出部中，并将电路板固定在吸收体的内部。这种设计特别有利于实现简单装配，因为首先电路板能够被设置在吸收体中，然后这些通过弹簧舌片联合在一起的部件可以几乎作为一个部件插入到传感器壳体中。 [0031] 当传感器应当与流体近似于直接接触时，优选壳体在传感器的区域中具有开口，并且传感器在该开口的区域中通过O形环相对于壳体被密封。O形环在该区域中也形成简单的、易于装配的、成本低廉的且长期稳定的密封。 [0032] 当传感器由于例如被使用在循环泵、特别是热循环泵和其他的领域中而应当被设计为压差传感器时，在壳体中且在传感器的区域中，在传感器的相对置的侧面上设置两个开口，在此，优选每个开口均通过O形环相对于传感器被密封。 [0033] 特别优选地，传感器壳体的所有密封均通过O形环形成，因为这样就不再需要特殊的密封件，并且能够使用低成本的且易于装配的密封元件。这种O形环可以同样良好地用作径向密封件和/或轴向密封件，而无需调整密封件自己。只有密封座要求有对应的设计。O形环的制造成本低廉，并且特别是对于这里相关的静态负载具有非常高的密封性。 附图说明[0034] 下面参照附图中示出的实施例对本发明做详细说明。 [0035] 图1以非常简化的分解图示出了根据本发明的传感器组件， [0036] 图2示出了第一装配步骤之后的根据图1的传感器组件， [0037] 图3示出了第二装配步骤之后的根据图1的传感器组件， [0038] 图4示出了根据图1的传感器组件的零件的视图， [0039] 图5示出了根据图4的零件的截面图， [0040] 图6示出了已装配好的传感器组件的截面图， [0041] 图7以放大视图示出了图6的细节部分VII，和 [0042] 图8以放大视图示出了图6的细节部分VIII。 具体实施方式[0043] 如附图所示的传感器组件具有壳体1，该壳体包括管状壳体部件2和盖部3。在壳体1中设有吸收体4以及电路板5。电路板5承载传感电子器件，并且在一端部上设有用于电连接的电触点6，并在另一端部上设有实际的传感器7，在此，该传感器是压差传感器。壳体2和 3被构造为合成材料注塑部件，同样的还有用于吸收液体(在此为水)的吸收体4。吸收体4束缚住位于壳体1内部的水或者湿气，从而保护设置在电路板5上的电子器件不受湿气的伤害。 [0044] 壳体部件2具有管状部分8，该管状部分基本上为中空柱形的形状，并且一轴向端部(在图4、图5和图6中为右侧端部)被设计用于收纳盖部3，而另一轴向端部被设计用于顶端部9，该顶端部也被构造为中空体并在两个以180°彼此背向的平侧面上分别设有凹口10或11。在此可以放置传感器7，其作为压差传感器被从两侧加载并与各种流体相关联，以检测流体的压力。 [0045] 所示出的传感器组件被结合在泵壳体中的相应的凹口中，如同其在例如被视为现有技术的专利文献EP2626567A1所描述的那样。顶端部9位于软弹性的密封轴圈12的内部，该密封轴圈包围顶端部并与凹口10和11对齐地具有凹口13和14，这些凹口被引导至泵壳体中的相应通道中。为了实现密封，轴圈与密封环15相对地成形，该密封环轴向连接在密封轴圈12上，并且被设置在位于管状部分8和顶端部9之间的管状壳体部件2的凸肩部16上。 [0046] 由于设置在电路板中的凹口17的区域中的传感器7在壳体顶端部9的内部是位于根据图8示出的预期位置上，因此设有间隔体18，该间隔体由软弹性的材料制成，该间隔体在电路板5的顶端侧端部伸出电路板，并占据了位于电路板5的顶端侧端部和壳体顶端部9中的中空空间之间的自由空间，并由此固定电路板5的轴向位置。该间隔体18在壳体部件2内大体上内部支撑在密封环15从外部所贴靠的区域中，并与传感器7和凹口11对齐地具有凹口19，该凹口同样如电路板中的凹口17那样在周向上支撑O形环20，该O形环在一侧受到传感器7的支撑，并在另一侧受到壳体部件2的壁的支撑。这个从两侧包围传感器的O形环20使传感器相对于壳体部件2密封，从而使得通过壳体顶端部9中的凹口10和11所导入的液体虽然能够到达传感器7，但是不能进入到壳体1中。 [0047] 在管状部分8的区域中，电路板5被收纳在设置于基本上为柱形的吸收体4上的凹口21中。吸收体4在该区域中基本上与管状壳体部件2的内轮廓相对应。吸收体具有三个沿周向均匀分布的突出部22作为间隔保持件，所述突出部呈舌片的形式，其倾斜向后地、即沿着连接侧端部的方向并径向向外地突出，并确保吸收体4径向间隔开地进入管状壳体部件2的内部。在图6中在上方示出的电路板5的未装配的侧面上，电路板5以较小的间隔位于凹口21中，并且在另一侧具有明显更大的间隔，从而形成用于电路板5上的电子零件的自由空间。在凹口21内，在吸收体4中设有向内倾斜并朝向连接侧端部伸出的弹簧舌片23，该弹簧舌片用于在吸收体4和电路板连接之后(如在图2中示出的)使零件保持彼此连接，即，能够在装配时近似于一个零件那样进行操作。为此，弹簧舌片23接合电路板5上的突出部24，该突出部在此用于引出电触点。 [0048] 盖部3被构造为堵头状的并具有环形部分25，该环形部分向内伸入壳体部件2的管状部分8中并被该管状部分间隔开地包围(在装配状态下，见图6)。该环形部分25通过法兰26径向伸出，该法兰在端面侧封闭管状部分8并贴靠在该管状部分上。法兰26的内侧以及环形部分25的外侧构成用于O形环27的支座的盖侧部分，该盖侧部分径向向外通过壳体部件2的管状部分来限定，并在轴向上通过吸收体4的突出部22来限定。O形环27使壳体部件2和3相对于彼此密封。这些零件组件通过侧向连接在法兰26上并沿着壳体部件2的方向延伸的卡位舌片(Rastzungen)29来连接，该卡位舌片在壳体部件2和3共同移动的情况下卡位在位于壳体部件2的外侧面上的突出部30的后面，并由此使这些零件固定地彼此连接。也就是说，壳体部件2和3可以通过简单的插接在一起而永久地彼此连接，这特别是在图3中可以清晰地看到。 [0049] 为了确保吸收体4只能在其预定位置下被结合至盖部3中，吸收体4在其指向盖部的端部上，在触点6的旁边具有突出部31，该突出部在电路板5被结合至吸收体4中的凹口21中时被收纳于在盖部3的内侧相应构造的盲孔中。由于吸收体4中的突出部31以及盖部3中的相应的盲孔状凹口关于纵向中心轴线非对称地设置并构成，因此这些零件只有在预期的位置上才能结合在一起。 [0050] 在所示出的实施方式中，传感器组件是线缆连接的，也就是说，触点6通过被引导穿过盖部3的电导体32与用于使传感器组件信号连接并且电连接的线缆23的导体连接。 [0051] 替代地，也可以设置例如感应式的无线供电。这样，信号连接可以无线电(WLAN、蓝牙等)地实现。电导体32由金属制成，并且分别具有指向壳体内部的套筒状部件34，这些部件被设计用于收纳触点6并与该触点电连接。每个导体32的套筒状部件34在外侧被构造为圆柱形，并且配设有周向的凹槽35，该凹槽被设计用于收纳O形环36。在凹槽35侧且在凹槽35的区域中，导体被构造为实心的且横截面为圆形的，并且成销状地前进。该销状部件37穿过盖部3并在外侧继续前进，在这里，线缆33的相应导体与该部件37通过钎焊连接。在盖部3侧，电导体32的部件37以及线缆33的被钎焊的导体通过收缩套管对外电绝缘。所有的导体均用合成材料注塑包封，从而使得构成线缆33的应力消除部38的合成材料部分在包含所有导体的情况下形状配合地喷塑在盖部3上。 [0052] 为了收纳电导体32，在盖部3内平行于纵轴线地设置有柱形阶梯状的凹口39，该凹口具有锥形向外延伸的部分40，并且该凹口分别在结合有位于凹槽35中的O形环36的情况下密封地收纳电导体32。电导体32从盖部内侧插入至凹口39中，在此，该锥形延伸的部分用于将导体32与O形环36一起引导至预期的位置上，在该位置上，导体32沿轴向向外通过阶梯状的凹口被形状配合地保持，并且O形环36密封地贴靠在凹口39和导体32之间。 [0053] 通过将配设有O形环36的导体32轴向插入至相应的凹口39，直至该导体贴靠在凹口39内的相应的阶梯部上，能够使构成盖部3的合成材料注塑部件从面向壳体内部的一侧装配至包括导体32的凹口39中。随后，线缆33的导体被钎焊，事先已在导线端部上被牵拉的收缩套管通过热作用收缩，随后应力消除部38被注塑包封，并由此使得盖部3固定地且不可松脱地与线缆33连接，并具有用于线缆的电连接。随后，配设有间隔体18并装配有O形环20的电路板5被推至吸收体3的凹口21中，更确切地说先与触点6连接，直到弹簧舌片23在突出部24后面回弹，并由此使得电路板5和吸收体4彼此连接。 [0054] 然后将如图2所示的连接起来的零件插入壳体部件2中直至间隔体8的端部，并由此也使得电路板5的端部在壳体部件2的顶端部9内位于其预期的位置上，在该位置上，O形环20使传感器7相对于壳体部件2被密封，并通过凹口10和11分别压力加载(图3)。 [0055] 现在还需要将壳体部件3和4通过插接在一起而彼此连接起来，在此，通过突出部31能够确保如下地实现这种连接：使触点6接合至为此设计的电导体32的套筒状部件中，并且盖部6在结合O形环27的情况下与壳体部件2固定且密封地连接。通过卡位舌片29能够保证这种连接，该卡位舌片插在壳体部件2上的突出部30的后面，并由此使传感器组件保持在预期的装配位置上，从而使壳体1包括位于其中的电路板5一起实现对外密封。在此，吸收体 4相对于电路板5和壳体壁间隔开地设置，从而使得吸收体在吸收能够通过壳体扩散或者以其他方式到达壳体中的液体时扩展，并由此也能够吸收湿气。 [0056] 根据本发明的传感器组件的所有密封件均由O形环构成，这是特别有利的，因为O形环的制造成本低廉，装配简单，而且还能够长期具有较高的静态密封作用。此外，这些O形环组件还能够实现简单的密封件更换。然后，将这样组成的传感器组件在结合密封轴圈12的情况下插入到为此设计的泵壳体中的凹口中，并通过壳体部件2外侧上的周向凹槽41以及借助于相应的托架来确保在该位置上。 [0057] 附图标记列表 [0058] 1 壳体 [0059] 2 管状壳体部件 [0060] 3 盖部 [0061] 4 吸收体 [0062] 5 电路板，接线板 [0063] 6 电触点 [0064] 7 传感器 [0065] 8 2的管状部分 [0066] 9 2的顶端部 [0067] 10 9中的凹口 [0068] 11 9中的凹口 [0069] 12 密封轴圈 [0070] 13 与10对齐的凹口 [0071] 14 与11对齐的凹口 [0072] 15 密封环 [0073] 16 凸肩部 [0074] 17 凹口 [0075] 18 间隔体 [0076] 19 凹口 [0077] 20 O形环 [0078] 21 吸收体中的凹口 [0079] 22 突出部 [0080] 23 弹簧舌片 [0081] 24 突出部 [0082] 25 环形部分 [0083] 26 法兰 [0084] 27 O形环 [0085] 29 卡位舌片 [0086] 30 突出部 [0087] 31 突出部 [0088] 32 电导体 [0089] 33 线缆 [0090] 34 32的套筒状部件 [0091] 35 32的凹槽 [0092] 36 O形环 [0093] 37 销状部件 [0094] 38 应力消除部 [0095] 39 3中的柱形阶梯状凹口 [0096] 40 39中的锥形延伸部分 [0097] 41 2中的凹槽。 |
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